新聞主題	戶(hù)外型耐低溫風(fēng)冷柴油發(fā)電機組的優(yōu)勢

 

摘要：柴油發(fā)電機的啟動(dòng)遇到寒冷季節會(huì )變得有難度。這是因為低溫會(huì )導致機身溫度過(guò)低，不好引燃噴油等，有時(shí)候還會(huì )出現發(fā)電機凍住的情形。針對這種氣候，康明斯公司建議企業(yè)選擇風(fēng)冷型靜音柴油發(fā)電機組。其優(yōu)點(diǎn)在于風(fēng)冷發(fā)電機組結構簡(jiǎn)單、故障率低、啟動(dòng)性能好，所需空氣量少，風(fēng)扇消耗功率低，油耗也較低，沒(méi)有凍裂或過(guò)熱沸騰危險，利于維護；這類(lèi)機型適用于高原或缺水或寒冷的地方，不必考慮加水、沸點(diǎn)、凍結等方面的問(wèn)題，因受到熱負荷和機械負荷限制，但是通常風(fēng)冷型柴油發(fā)電機組無(wú)法達到中、大功率用戶(hù)要求。

 

一、低溫啟動(dòng)困難的原因分析

 

      柴油發(fā)電機組在低溫環(huán)境下啟動(dòng)困難一直是個(gè)難題，其主要原因如下：

（1）低溫環(huán)境蓄電池容量衰減啟動(dòng)電動(dòng)機扭矩減小

      一般柴油發(fā)電機組多采用電啟動(dòng)，特別是通信基站備用較小功率發(fā)電機組，蓄電池工作的最佳環(huán)境溫度常在10～40℃之間。當環(huán)境溫度降低時(shí)，蓄電池的容量隨之衰減，有時(shí)會(huì )僅有25℃時(shí)容量的50％，啟動(dòng)電動(dòng)機的啟動(dòng)扭矩的大小與蓄電池的容量有關(guān)，啟動(dòng)扭矩大幅度減小造成啟動(dòng)困難。

（2）運動(dòng)部件間啟動(dòng)阻力力矩增大

      在低溫條件下，不同材質(zhì)冷縮變形可致使配合間隙減小，柴油機曲軸與軸瓦、活塞與缸套等零件材質(zhì)不同，熱膨脹系數也不同，不同冷縮變形率造成配合間隙異常導致啟動(dòng)阻力矩增大。同時(shí)在低溫條件下，柴油機潤滑油黏度增大、流動(dòng)性變差甚至失去流動(dòng)能力，也增大了柴油機啟動(dòng)的阻力矩。由于綜合原因導致的啟動(dòng)阻力力矩增大，使柴油機難以達到啟動(dòng)所需轉速，便會(huì )出現啟動(dòng)困難。

（3）進(jìn)氣溫度過(guò)低和壓縮終了壓力過(guò)低

      低溫環(huán)境中的空氣溫度很低，進(jìn)入柴油機氣缸內的燃燒空氣溫度很低，且柴油機缸筒、活塞等相關(guān)部件以及潤滑油溫度也很低，空氣在壓縮過(guò)程中的熱損失較大，被缸筒、活塞等部件的吸收，壓縮終了時(shí)空氣的溫度有可能達不到柴油的自燃點(diǎn)。氣缸內壓縮油氣混合物溫度過(guò)低，缸筒、活塞等部件運動(dòng)接觸表面潤滑不良，還會(huì )造成壓縮油氣混合物的壓力低于啟動(dòng)時(shí)所需壓力。

（4）低溫環(huán)境中柴油物理特性發(fā)生變化

      有關(guān)數據表明，當氣溫從40℃降到-10℃時(shí)，柴油的黏度增大83％，密度增大8％。低溫條件下柴油的黏度和密度均增大，表面張力加大，流動(dòng)性變差，霧化不良，從而延長(cháng)了柴油機的點(diǎn)火滯后期。

      水冷柴油發(fā)電機組因有冷卻水回路，可通過(guò)電加熱水套預熱器循環(huán)流動(dòng)加熱缸套水，使機體升溫，機油流動(dòng)性增強等提高啟動(dòng)成功率，但因為水冷發(fā)電機組缺少風(fēng)冷發(fā)電機組所具有的優(yōu)點(diǎn)，如風(fēng)冷柴油發(fā)電機組的特點(diǎn)是無(wú)需設置水冷卻系統，省去了冷卻水自動(dòng)補給循環(huán)系統等設施，也不會(huì )發(fā)生漏水、腐蝕、氣蝕及防凍等方面的問(wèn)題。風(fēng)冷柴油發(fā)電機組具有經(jīng)濟性好、可靠性高、壽命長(cháng)和維護使用方便等特點(diǎn)，適用于高山、荒野、沙漠地帶、無(wú)水高寒地區的無(wú)人值守通信基站、衛星接收站等場(chǎng)合，而水冷柴油發(fā)電機組難以在一些場(chǎng)所使用。

      風(fēng)冷柴油發(fā)電機組因其結構原因無(wú)法采用類(lèi)似水套加熱器類(lèi)裝置，且因為風(fēng)冷機機體散熱片多，冷卻快，那么如何保證在-40℃以下使用時(shí)能夠順利啟動(dòng)是需要解決的問(wèn)題，本設計提出了一種解決方案，結合通信基站備用電源供電的特點(diǎn)，該方案可以實(shí)現在極低溫度（-40℃）環(huán)境中發(fā)電機組能可靠啟動(dòng)，并能提高發(fā)電機組的運行性能，如減少低溫環(huán)境下的磨損，提高發(fā)電機組的壽命。

 

二、風(fēng)冷機組對比水冷的優(yōu)勢

 

1、發(fā)電機廠(chǎng)家實(shí)踐證明，水冷柴油發(fā)電機組有25-30%以上的故障是由冷卻系統造成的。而風(fēng)冷柴油發(fā)電機組因不設置水冷卻系統，所以其故障數比水冷柴油發(fā)電機降低約27%。風(fēng)冷柴油發(fā)電機組更不會(huì )產(chǎn)生什么腐蝕、穴蝕、銹蝕及使缸體、缸蓋、散熱器內積水垢的問(wèn)題。因此風(fēng)冷柴油發(fā)電機組更適合于北方極度嚴寒的氣候環(huán)境，它不會(huì )因缸體凍裂漏水而失掉運行能力。

2、柴油發(fā)電機組的正常使用壽命，主要取決于活塞組同缸套等摩擦副的磨狀況。而缸套等重要的磨損量，主要取決于發(fā)動(dòng)機在露點(diǎn)以下工作時(shí)間的長(cháng)短。由于風(fēng)冷柴油發(fā)電機組缸壁溫度高、升溫快，所以最大限度的避免了酸性腐蝕和磨損。

3、風(fēng)冷柴油發(fā)電機組在燃氣溫度一定的情況下，缸壁溫度越高，發(fā)動(dòng)機散發(fā)到空氣中的熱量就越少，因而熱率例越高，燃油經(jīng)濟性就越好。通常風(fēng)冷柴油發(fā)電機組的缸壁溫度要比水冷柴油機缸壁溫度高數十倍，因此其熱效率要比水冷柴油發(fā)電機高。同于風(fēng)冷發(fā)電機組傳給空氣的熱量少，因此其冷卻風(fēng)量，只需水冷柴油機的2/3左右，再加上風(fēng)扇功率消耗低，因而風(fēng)冷柴油發(fā)電機組的燃油消耗率也變低。

4、風(fēng)冷柴油發(fā)電機組在零下35度的情況下，仍能很好啟動(dòng)和可靠工作，不會(huì )有凍裂機體的危險，也不需用防凍液或者水加熱器。風(fēng)冷柴油發(fā)電機組用在干旱沙漠地區不怕缺水，用在高原低氣壓地區，不會(huì )像水冷柴油發(fā)電機那樣有冷卻水開(kāi)鍋的現象，用在沿海鹽堿地區缸體、缸套也不會(huì )因受冷卻水的直接侵蝕而損壞。

5、水冷柴油發(fā)電機組的散熱器和周?chē)諝獾臏夭钚?，因為散熱器溫度受到水沸點(diǎn)的限制。而風(fēng)冷柴油發(fā)電機組其缸蓋平均散熱面溫度為170度，與周?chē)諝庥懈蟮臏夭?，即使在火熱的環(huán)境也不會(huì )發(fā)生水冷柴油發(fā)電機組那種過(guò)熱沸騰的危險。

 

三．戶(hù)外型耐低溫風(fēng)冷柴發(fā)特點(diǎn)

 

      康明斯電力技術(shù)有限公司通信基站戶(hù)外型耐低溫風(fēng)冷柴油發(fā)電機組由三部分組成，底部為油箱、中部為發(fā)電機組箱體，頂部為防雨帽，如圖1所示。發(fā)電機組箱體內中部安裝發(fā)電機組及其輔助設備，箱體具有防雨、防火、防盜和通風(fēng)功能。箱體一端裝有消音器和排煙口，另一端安裝有柴油發(fā)電機組和加熱系統控制箱，控制箱下部為啟動(dòng)柴油發(fā)電機組和加熱系統工作的蓄電池，控制箱內裝有用于給蓄電池充電的浮充電源。

 

圖1 通信基站戶(hù)外型耐低溫風(fēng)冷柴油發(fā)電機組結構示意圖 1-排氣電動(dòng)百葉窗 2-防雨頂罩 3-進(jìn)氣電動(dòng)百葉窗 4-靜音保溫箱 5-加熱保溫油箱 6-排污口 7-安裝支腳 8-空間加熱器 9-控制箱 10-浮充電源 11-蓄電池 12-箱內開(kāi)進(jìn)氣小孔隔板 13-發(fā)電機 14-消音器 15-排煙口 16-柴油發(fā)電機組 圖7-5 通信基站戶(hù)外型耐低溫風(fēng)冷柴油發(fā)電機組結構示意圖

 

 

      箱體上部為防雨頂罩，可防止風(fēng)雨進(jìn)入發(fā)電機組及冬季積雪，影響正常使用。

      進(jìn)風(fēng)和排風(fēng)處均安裝有電動(dòng)百葉窗，其動(dòng)作電源與柴油發(fā)電機組啟動(dòng)電源共用12V蓄電池。箱體安裝有兩個(gè)空間加熱器，加熱器電源采用通信基站市電電源，該市電亦作為柴油發(fā)電機組市電狀態(tài)檢測信號，在市電正常時(shí)，柴油發(fā)電機組不工作，在寒冷季節由市電提供加熱電源，市電失電后柴油發(fā)電機組按設定間隔時(shí)間啟動(dòng)，柴油發(fā)電機組啟動(dòng)時(shí)不再需要加熱器工作。發(fā)電機組箱體內設有溫度傳感器，溫度過(guò)高時(shí)即便環(huán)境溫度高于15℃時(shí)應可啟動(dòng)空間加熱器除濕，用于防潮。

      在室外溫度低于15℃時(shí)，溫度控制系統使加熱回路通電控制，使箱內溫度始終保持在15℃左右，使發(fā)電機組始終處于適宜隨時(shí)應急啟動(dòng)的狀態(tài)。

      百葉窗控制系統與柴油發(fā)電機組控制系統還存在聯(lián)動(dòng)控制，柴油發(fā)電機組啟動(dòng)成功后，百葉窗才打開(kāi)，柴油發(fā)電機組停機后，如果室外溫度高于25℃時(shí)，則等待機箱通風(fēng)散熱到25℃時(shí)百葉窗關(guān)閉，防止內部溫度過(guò)高影響下次起機運行，如柴油發(fā)電機組停機后，如果室外溫度低于25℃時(shí)，則百葉窗在停機后約10s內關(guān)閉，以使內部溫度保持便于下次起機運行。百葉窗打開(kāi)時(shí)為保證進(jìn)、排風(fēng)量充足，設計為葉片可90°開(kāi)起保證最大開(kāi)起通風(fēng)面積。

      冷卻空氣流動(dòng)路徑如圖2所示，柴油發(fā)電機組工作時(shí)，進(jìn)、排氣百葉窗均打開(kāi)，空氣由進(jìn)氣百葉窗處進(jìn)入，經(jīng)發(fā)電機組風(fēng)扇，經(jīng)過(guò)箱內對應柴油發(fā)電機組發(fā)電機部分開(kāi)有氣流通孔的隔板進(jìn)入發(fā)電機組艙，經(jīng)過(guò)發(fā)電機組表面帶走發(fā)電機組散發(fā)熱量后經(jīng)排氣百葉窗排出箱體。

      在箱體內壁和底部貼裝有降噪保溫棉，用于吸音降噪和保溫，阻止內部熱量通過(guò)箱體壁向外傳導、輻射流失內部加熱熱量。

      溫度檢測單元可將箱外、箱內溫度參數通過(guò)RS485通信接口上傳基站動(dòng)力環(huán)境控制系統，便于監控中心人員及時(shí)了解發(fā)電機組狀況，如加熱系統是否正常工作、柴油發(fā)電機組是否處于合適的啟動(dòng)溫度等。

      油箱加熱保溫層結構如圖3所示，油箱表面采用電加熱的伴熱帶包纏，該電加熱伴熱帶加熱電源與空間加熱器共用通信基站市電電源。

 

圖2 柴油發(fā)電機冷卻空氣流動(dòng)路徑示意圖

圖3 柴油發(fā)電機油箱加熱保溫層結構示意圖

 

      在油箱內部貼壁多點(diǎn)安裝有溫度傳感器，控制加熱溫度始終保持在10℃以上，伴熱帶外面均勻涂敷20mm厚保溫涂層，外部用0.5mm厚鋁箔整體包護處理，防止保溫涂層脫落及增強美觀(guān)度。

      為進(jìn)一步提高極低溫度（-40℃）下的啟動(dòng)成功率，在柴油發(fā)電機組的燃燒空氣進(jìn)氣通道處安裝有進(jìn)氣預熱器，對進(jìn)入發(fā)動(dòng)機氣缸內的空氣通過(guò)電熱元件加熱，提高進(jìn)氣溫度。進(jìn)氣道預熱器加熱電源由發(fā)電機組啟動(dòng)蓄電池提供，在啟動(dòng)時(shí)預熱加熱器供電。

      本技術(shù)方案綜合利用加熱保溫技術(shù)，并結合通信基站備用電源供電特點(diǎn)，當柴油發(fā)電機組處于極寒環(huán)境時(shí)，油料和箱體內發(fā)動(dòng)機等均可保持在10～15℃的適宜溫度，始終保持良好起機備用狀態(tài)。該方案可以實(shí)現在極低溫度（-40℃）環(huán)境中發(fā)電機組的可靠啟動(dòng)，在環(huán)境溫度為-40℃時(shí)，發(fā)電機組可在10min內順利啟動(dòng)，并具有在啟動(dòng)成功后3min內可帶額定負載工作的能力，并能提高發(fā)電機組綜合運行的性能，減少寒冷環(huán)境金屬件冷縮特點(diǎn)引起的過(guò)度磨損，延長(cháng)發(fā)電機組的使用壽命。

 

總結：

      風(fēng)冷式柴油發(fā)電機組以其高效能、節能環(huán)保的優(yōu)勢成為了現代社會(huì )中的主流小型發(fā)電設備。風(fēng)冷柴油發(fā)電機可以適應各種應用，由于其主要獨特之處在于它們能在較高的工作溫度下工作，并能迅速預熱，這樣可以大大降低氣缸孔和活塞環(huán)的磨損。在大多數情況下，使用風(fēng)冷柴油發(fā)電機是長(cháng)期運行的關(guān)鍵，如海上和導航浮標、燈塔或電信設備。也常用于在災區工作的響應小組。在使用風(fēng)冷柴油發(fā)電機時(shí)，火災、洪水、雪崩或地震區域往往充滿(mǎn)碎片和灰塵，不易堵塞。考慮到風(fēng)冷柴油發(fā)電機容量小，故障發(fā)生率要低得多，在戰斗條件下，可以可靠地使用風(fēng)冷柴油發(fā)電機進(jìn)行軍事行動(dòng)。隨著(zhù)科技的不斷進(jìn)步和應用的廣泛推廣，風(fēng)冷式柴油發(fā)電機組必將帶來(lái)更多的便利和可能。我們相信，未來(lái)的柴油發(fā)電機組一定會(huì )更加先進(jìn)、高效和智能，讓我們拭目以待。

 

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